{"id":5261,"date":"2014-12-01T16:26:18","date_gmt":"2014-12-01T15:26:18","guid":{"rendered":"http:\/\/www.wp.elektrosystemy.pl\/?p=5261"},"modified":"2015-03-20T12:10:33","modified_gmt":"2015-03-20T11:10:33","slug":"akumulatory-i-ogniwa-paliwowe","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/?p=5261","title":{"rendered":"Akumulatory i ogniwa paliwowe"},"content":{"rendered":"

\"Dod_12_2014_zasilanie\"<\/a>Magazynowanie energii elektrycznej stanowi jedno z wi\u0119kszych wyzwa\u0144 <\/strong>we wsp\u00f3\u0142czesnej energetyce<\/strong><\/p>\n

Opr\u00f3cz tradycyjnych ogniw kwasowo-o\u0142owiowych, kt\u00f3re wci\u0105\u017c s\u0105 przydatne w wielu zastosowaniach, rozwijane s\u0105 akumulatory w nowych technologiach, l\u017cejsze, o wi\u0119kszej g\u0119sto\u015bci mocy i trwa\u0142o\u015bci. Przewiduje si\u0119, \u017ce rozproszone magazyny energii (np. w postaci akumulator\u00f3w w samochodach elektrycznych) mog\u0105 sta\u0107 si\u0119 w przysz\u0142o\u015bci wa\u017cnym elementem systemu energetycznego. Artyku\u0142 przybli\u017ca dost\u0119pne na rynku technologie akumulator\u00f3w oraz ogniw paliwowych.<\/strong><\/p>\n

W elektroenergetyce akumulatory najcz\u0119\u015bciej stosowane s\u0105 jako \u017ar\u00f3d\u0142a energii elektrycznej:
\n\u2022 w zasilaczach pr\u0105du sta\u0142ego i w zasilaczach UPS \u2013 jako rezerwowe \u017ar\u00f3d\u0142o energii w przypadku zaniku zasilania podstawowego (z sieci elektroenergetycznej),
\n\u2022 w zespo\u0142ach pr\u0105dotw\u00f3rczych i w pojazdach samochodowych \u2013 jako \u017ar\u00f3d\u0142o energii do rozruchu silnik\u00f3w nap\u0119dowych,
\n\u2022 w uk\u0142adach automatyki i sterowania stacji elektroenergetycznych jako \u017ar\u00f3d\u0142o zasilania,
\n\u2022 w wybranych obwodach, np. o\u015bwietlenia awaryjnego, system\u00f3w bezpiecze\u0144stwa, kontroli dost\u0119pu, urz\u0105dze\u0144 telekomunikacyjnych jako autonomiczne \u017ar\u00f3d\u0142a zasilania podstawowego lub zapasowego.<\/p>\n

Akumulatory kwasowo o\u0142owiowe<\/strong><\/p>\n

W ofercie rynkowej znajduje si\u0119 bardzo du\u017co r\u00f3\u017cnych typ\u00f3w i rodzaj\u00f3w akumulator\u00f3w o r\u00f3\u017cnej budowie i stosowanych materia\u0142ach konstrukcyjnych, o r\u00f3\u017cnych parametrach i przeznaczeniu. W urz\u0105dzeniach elektroenergetycznych, mimo ogromnego wyboru, najcz\u0119stsze zastosowanie znajduj\u0105 akumulatory o\u0142owiowo-kwasowe ze wzgl\u0119du na nisk\u0105 cen\u0119, prost\u0105 budow\u0119 i niewielkie koszty eksploatacyjne.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 1. Europower EGR 70-12 \u2013 akumulator wykonany w technologii \u017celowej;
o \u017cywotno\u015bci projektowanej 10-12 lat, przeznaczony do pracy buforowej oraz cyklicznej
w skrajnie trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura otoczenia, g\u0142\u0119bokie roz\u0142adowania i du\u017ca liczba cykli<\/p><\/div>\n

Akumulatory o\u0142owiowo-kwasowe VRLA i AGM<\/strong>
\nW uk\u0142adach zasilania gwarantowanego powszechnie stosowane s\u0105 akumulatory wykonywane w nowych technologiach, nazywane r\u00f3wnie\u017c, z racji swych w\u0142a\u015bciwo\u015bci, akumulatorami \u201ebezobs\u0142ugowymi\u201d. Dzi\u0119ki szczelnym obudowom i zamykaj\u0105cym je zaworom ci\u015bnieniowym akumulatory te charakteryzuj\u0105 si\u0119:
\n\u2022 mo\u017cliwo\u015bci\u0105 pracy w dowolnym po\u0142o\u017ceniu z wyj\u0105tkiem pozycji zaworem do do\u0142u,
\n\u2022 brakiem potrzeby uzupe\u0142niania elektrolitu przez ca\u0142y okres eksploatacji,
\n\u2022 ograniczeniem wydzielania do otoczenia, w czasie normalnej pracy, gaz\u00f3w \u2013 zw\u0142aszcza wodoru, co zmniejsza zagro\u017cenie wybuchem,
\n\u2022 brakiem wydzielania koroduj\u0105cych par elektrolitu.
\nAkumulatory bezobs\u0142ugowe wytwarzane s\u0105 w dw\u00f3ch technologiach: VRLA (Valve Regulated Lead-Acid<\/em>) i AGM (Absorbed Glass Mat<\/em>). W akumulatorach VRLA elektrolit ma posta\u0107 \u017celu utworzonego przez dodanie do niego krzemian\u00f3w, za\u015b w technologii AGM elektrolit zgromadzony jest w mikroporach separator\u00f3w z w\u0142\u00f3kna szklanego umieszczonych mi\u0119dzy p\u0142ytami. W akumulatorach tych ci\u015bnienie wewn\u0105trz obudowy regulowane jest przez samouszczelniaj\u0105ce si\u0119 zawory w formie przepony dzia\u0142aj\u0105cej w jednym kierunku \u2013 na zewn\u0105trz \u2013 w celu wyr\u00f3wnywania ewentualnej nadwy\u017cki ci\u015bnienia wewn\u0119trznego i niedopuszczenia do rozerwania obudowy.
\nSpo\u015br\u00f3d oferowanych ogniw i akumulator\u00f3w bezobs\u0142ugowych zdecydowanie wi\u0119ksz\u0105 popularno\u015b\u0107 i szersze zastosowanie maj\u0105 wyroby wykonywane w technologii AGM. Maj\u0105 one w por\u00f3wnaniu z akumulatorami VRLA mniejsz\u0105 rezystancj\u0119 wewn\u0119trzn\u0105, co zapewnia wy\u017csze napi\u0119cie wyj\u015bciowe i d\u0142u\u017cszy czas eksploatacji, zw\u0142aszcza przy roz\u0142adowaniu du\u017cym pr\u0105dem. S\u0105 znacznie ta\u0144sze ni\u017c ich \u017celowe odpowiedniki o tej samej pojemno\u015bci. Akumulatory \u017celowe natomiast wytrzymuj\u0105 wi\u0119cej cykli roz\u0142adowania \/ \u0142adowania i s\u0105 bardziej odporne na wibracje i wstrz\u0105sy. Akumulatory \u017celowe VRLA lepiej odprowadzaj\u0105 ciep\u0142o powstaj\u0105ce w wyniku przep\u0142ywu pr\u0105du w czasie \u0142adowania i roz\u0142adowywania. Znajduj\u0105 zastosowanie zw\u0142aszcza do pracy cyklicznej, np. w pojazdach samochodowych, i do pracy na zewn\u0105trz budynk\u00f3w przy znacznych wahaniach temperatur otoczenia.
\nAkumulatory w technologii AGM stosuje si\u0119 g\u0142\u00f3wnie do pracy ci\u0105g\u0142ej \u2013 buforowej (zasilania awaryjnego-bezprzerwowego), gdzie bateria jest przy\u0142\u0105czona do zasilacza i stanowi awaryjne \u017ar\u00f3d\u0142o energii elektrycznej w przypadku zaniku napi\u0119cia w sieci zasilaj\u0105cej. Podstawowe r\u00f3\u017cnice mi\u0119dzy technologi\u0105 \u017celow\u0105 i AGM przedstawione s\u0105 w tabeli 1.
\nZalet\u0105 akumulator\u00f3w w nowoczesnych technologiach jest brak wydzielania do otoczenia par kwasu siarkowego, dzia\u0142aj\u0105cych korozyjnie na metalowe przedmioty i instalacje znajduj\u0105ce si\u0119 w ich pobli\u017cu. Dzi\u0119ki temu mog\u0105 by\u0107 one instalowane w szafach razem z UPS-ami i w pomieszczeniach poza typowymi akumulatorniami.
\nOgniwa i akumulatory bezobs\u0142ugowe charakteryzuje bardzo wysoka powtarzalno\u015b\u0107 parametr\u00f3w, zw\u0142aszcza z tej samej serii produkcyjnej. Ma to ogromne znaczenie przy tworzeniu baterii na 110 i 230 V i w uk\u0142adach UPS, gdzie \u0142\u0105czy si\u0119 szeregowo ogniwa 2 V lub bloki 12 V.
\n\"tab_1_zasilanie_2014\"
\nCechy u\u017cytkowe i parametry akumulator\u00f3w<\/strong><\/p>\n

\u2022 Pojemno\u015b\u0107 znamionowa akumulatora \u2013 pojemno\u015b\u0107 ogniwa lub akumulatora wyra\u017cana w amperogodzinach (Ah) wskazuje na ilo\u015b\u0107 energii elektrycznej (\u0142adunku elektrycznego), kt\u00f3r\u0105 ogniwo lub akumulator mo\u017ce odda\u0107 w trakcie roz\u0142adowania do odpowiedniego poziomu napi\u0119cia ko\u0144cowego. Podawana przez producenta pojemno\u015b\u0107 znamionowa oznaczana liter\u0105 C [Ah] dotyczy ogniw nowych. Jest ona podawana przy okre\u015blonych warunkach u\u017cytkowania \u2013 temperaturze otoczenia, pr\u0105dzie roz\u0142adowania w czasie T do napi\u0119cia ko\u0144cowego Uk<\/sub>. W normach mi\u0119dzynarodowych podawane s\u0105 zalecane czasy roz\u0142adowania T \u2013 20 h, 10 h, 8 h, 5 h, 3 h, 1 h, 1\/2 h i 1\/4 h. W\u015br\u00f3d producent\u00f3w i u\u017cytkownik\u00f3w europejskich pojemno\u015b\u0107 znamionowa akumulatora jest rozumiana jako pojemno\u015b\u0107 10-godzinna (T = 10 h) przy temperaturze 20o<\/sup>C przy ko\u0144cowym napi\u0119ciu wy\u0142adowania Uk<\/sub> = 1,8 V\/ogniwo,
\n\u2022 Pojemno\u015b\u0107 dyspozycyjna \u2013 pojemno\u015b\u0107, kt\u00f3r\u0105 mo\u017cna uzyska\u0107 w okre\u015blonych warunkach eksploatacji, zale\u017cy g\u0142\u00f3wnie od warto\u015bci pr\u0105du roz\u0142adowania i temperatury otoczenia w czasie roz\u0142adowania. Pr\u0105d roz\u0142adowania podawany jest zazwyczaj jako krotno\u015b\u0107 pojemno\u015bci znamionowej, np. I = 0,1 C. Im pr\u0105d roz\u0142adowania b\u0119dzie wi\u0119kszy, tym pojemno\u015b\u0107 dyspozycyjna b\u0119dzie mniejsza. Podobnie \u2013 im temperatura otoczenia b\u0119dzie ni\u017csza, tym pojemno\u015b\u0107 dyspozycyjna akumulatora te\u017c b\u0119dzie mniejsza. Ponadto, im pr\u0105d roz\u0142adowania wi\u0119kszy, tym wi\u0119kszy jest niekorzystny wp\u0142yw niskiej temperatury,
\n\u2022 Napi\u0119cie ko\u0144cowe (odci\u0119cia) \u2013 napi\u0119cie ko\u0144cowe Uk<\/sub> (napi\u0119cie odci\u0119cia) to taka warto\u015b\u0107 napi\u0119cia akumulatora po roz\u0142adowaniu, przy kt\u00f3rej zachowuje on jeszcze znamionow\u0105 pojemno\u015b\u0107 i \u017cywotno\u015b\u0107. Napi\u0119cie odci\u0119cia akumulatora nie ma warto\u015bci sta\u0142ej, zale\u017cy ona od wielko\u015bci pr\u0105du roz\u0142adowania. Je\u017celi akumulator b\u0119dzie roz\u0142adowany bardziej ni\u017c do zalecanej warto\u015bci napi\u0119cia odci\u0119cia, to jego pojemno\u015b\u0107 zmaleje i skr\u00f3ci si\u0119 czas eksploatacji. W zasilaczach UPS akumulatory roz\u0142adowuje si\u0119 nie ze sta\u0142ym pr\u0105dem lecz ze sta\u0142\u0105 moc\u0105 (zasilanych odbiornik\u00f3w). W czasie roz\u0142adowywania akumulatora ze sta\u0142\u0105 moc\u0105, napi\u0119cie na jego zaciskach obni\u017ca si\u0119. Aby roz\u0142adowywa\u0107 akumulator sta\u0142\u0105 moc\u0105, w miar\u0119 roz\u0142adowywania musi wzrasta\u0107 pr\u0105d roz\u0142adowania,
\n\u2022 Czas eksploatacji akumulatora \u2013 przewidywany czas eksploatacji akumulatora (\u017cywotno\u015b\u0107) to czas pracy okre\u015blany w czasie bada\u0144 z wykorzystaniem metod statystycznych i podawany przez producenta dla okre\u015blonych warunk\u00f3w eksploatacji. Za kres op\u0142acalnej eksploatacji akumulatora uznaje si\u0119 moment, w kt\u00f3rym jego pojemno\u015b\u0107 obni\u017cy si\u0119 trwale do 80% jego znamionowej pojemno\u015bci. W zale\u017cno\u015bci od d\u0142ugo\u015bci okresu eksploatacji akumulatory w technologii VRLA podzielone s\u0105 na cztery grupy wiekowe (tabela 2).
\n\"tab_2_zasilanie_2014\"
\n\u2022 Rezystancja wewn\u0119trzna \u2013 rezystancja wewn\u0119trzna akumulator\u00f3w zale\u017cy przede wszystkim od: wieku akumulatora i zaawansowania proces\u00f3w starzenia, stopnia zasiarczenia p\u0142yt, stopnia na\u0142adowania, pr\u0105du roz\u0142adowania. Rezystancja wewn\u0119trzna podawana w katalogach akumulator\u00f3w to warto\u015b\u0107 umowna, pomierzona w dw\u00f3ch \u015bci\u015ble okre\u015blonych punktach pomiarowych na charakterystyce pr\u0105dowo-napi\u0119ciowej przy okre\u015blonej temperaturze (20o<\/sup>C), w znormalizowanych warunkach roz\u0142adowania. Podawana rezystancja wewn\u0119trzna dotyczy akumulator\u00f3w nowych i w pe\u0142ni na\u0142adowanych, s\u0142u\u017cy do cel\u00f3w obliczeniowych.
\n\u2022 Pr\u0105d zwarcia \u2013 pr\u0105d zwarcia akumulatora zwi\u0105zany jest z jego rezystancj\u0105 wewn\u0119trzn\u0105 i ustalany jest na podstawie tych samych pomiar\u00f3w co rezystancja wewn\u0119trzna, i r\u00f3wnie\u017c s\u0142u\u017cy do cel\u00f3w obliczeniowych. Pr\u0105d zwarcia podawany jest w danych katalogowych. Niekiedy podawany jest r\u00f3wnie\u017c maksymalny kr\u00f3tkotrwa\u0142y pr\u0105d 5-sekundowy wy\u0142adowania przy napi\u0119ciu ko\u0144cowym 1,85 V\/ogniwo. Znajomo\u015b\u0107 pr\u0105du zwarcia akumulator\u00f3w jest pomocna przy doborze aparatury zabezpieczaj\u0105cej i \u0142\u0105czeniowej.<\/p>\n

Baterie akumulator\u00f3w<\/strong><\/p>\n

W niewielkich jednofazowych zasilaczach UPS, zazwyczaj typu VFD, o mocach 200 VA do 300 VA, stosowany jest najcz\u0119\u015bciej jeden akumulator 12 V. W zasilaczach tr\u00f3jfazowych o mocach dochodz\u0105cych do kilkuset kVA znajduj\u0105 zastosowanie baterie akumulator\u00f3w o napi\u0119ciu 300 do 400 V zestawione z kilkuset sztuk akumulator\u00f3w 12 V.
\nSzeregowe baterie akumulator\u00f3w (tzw. ga\u0142\u0119zie szeregowe) budowane s\u0105 w celu uzyskania wymaganego napi\u0119cia pr\u0105du sta\u0142ego, za\u015b baterie r\u00f3wnoleg\u0142e w celu uzyskania wi\u0119kszej mocy \u2013 wi\u0119kszego pr\u0105du roz\u0142adowania. Baterie szeregowo-r\u00f3wnoleg\u0142e spe\u0142niaj\u0105 obydwa te cele. W niekt\u00f3rych rozwi\u0105zaniach UPS stosuje si\u0119 baterie dwucz\u0119\u015bciowe z punktem \u201e\u015brodkowym\u201d. Punkt \u015brodkowy baterii akumulator\u00f3w \u0142\u0105czony jest z uziemionym przewodem neutralnym obwodu pr\u0105du przemiennego. W takim uk\u0142adzie falownik UPS wykorzystuje jedn\u0105 cz\u0119\u015b\u0107 baterii do utworzenia dodatniej po\u0142owy okresu, za\u015b jej drug\u0105 cz\u0119\u015b\u0107 do wytworzenia ujemnej po\u0142owy okresu.
\nBaterie akumulator\u00f3w powinny by\u0107 zabezpieczone przed skutkami zwar\u0107 zewn\u0119trznych oraz przed nadmiernym pr\u0105dem roz\u0142adowania.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 2. Ever Green Power \u2013 bezobs\u0142ugowy akumulator o\u0142owiowo-kwasowy dla zasilaczy bezprzerwowych UPS, w technologii AGM (Absorbed Glass Mat)<\/p><\/div>\n

Instalowanie akumulator\u00f3w<\/strong><\/p>\n

Z opisu wsp\u00f3\u0142czesnych akumulator\u00f3w o\u0142owiowo-kwasowych bezobs\u0142ugowych wykonanych w technologii AGM z rekombinacj\u0105 tlenu i VRLA z jednokierunkowymi zaworami ci\u015bnieniowymi, nazywanymi r\u00f3wnie\u017c \u201eregulacyjnymi\u201d wynika, \u017ce ca\u0142a ilo\u015b\u0107 gaz\u00f3w (tlenu i wodoru) powstaj\u0105cych w czasie \u0142adowania buforowego i konserwacyjnego ulega rekombinacji, tworz\u0105c wod\u0119, kt\u00f3ra uzupe\u0142nia ubytki elektrolitu. W czasie tych proces\u00f3w powstaj\u0105ce gazy nie wydostaj\u0105 si\u0119 na zewn\u0105trz obudowy, a ci\u015bnienie wewn\u0119trzne jest utrzymywane przez zaw\u00f3r regulacyjny. Te w\u0142a\u015bciwo\u015bci ogniw powoduj\u0105, \u017ce s\u0105 one ca\u0142kowicie bezpieczne w czasie normalnej pracy (\u0142adowanie \u2013 roz\u0142adowanie \u2013 \u0142adowanie konserwacyjne) i mog\u0105 by\u0107 instalowane:
\n\u2022 w wydzielonych pomieszczeniach lub budynkach akumulatorowni,
\n\u2022 w oddzielnej obudowie lub komorze wewn\u0119trznej lub zewn\u0119trznej,
\n\u2022 w pomieszczeniach u\u017cytkowych, w komorach lub na stojakach wewn\u0105trz UPS-\u00f3w i innych urz\u0105dze\u0144.
\nAkumulatory bezobs\u0142ugowe nie powinny by\u0107 instalowane w odleg\u0142o\u015bciach mniejszych ni\u017c 500 mm mi\u0119dzy wylotami zawor\u00f3w regulacyjnych i cz\u0119\u015bciami iskrz\u0105cymi lub nagrzewaj\u0105cymi si\u0119 do temperatur wy\u017cszych od 300o<\/sup>C.
\nW celu uzyskania maksymalnej \u017cywotno\u015bci akumulator\u00f3w pracuj\u0105cych buforowo trzeba:
\n\u2022 instalowa\u0107 je z daleka od urz\u0105dze\u0144 nagrzewaj\u0105cych si\u0119,
\n\u2022 zachowa\u0107 co najmniej 1,5 cm wolnej przestrzeni wok\u00f3\u0142 baterii, aby zapewni\u0107 swobodny przep\u0142yw powietrza,
\n\u2022 zastosowa\u0107 efektywn\u0105 wentylacj\u0119 \u2013 naturaln\u0105 lub sztuczn\u0105,
\n\u2022 do \u0142adowania akumulator\u00f3w stosowa\u0107 zasilacze z kompensacj\u0105 temperaturow\u0105 napi\u0119cia \u0142adowania w przypadku wzrostu temperatury akumulatora powy\u017cej 25oC.
\nAkumulatory wbudowane w urz\u0105dzenia, np. w UPS-y, powinny by\u0107 umieszczane na ich najni\u017cszym poziomie z zachowaniem mo\u017cliwo\u015bci nieograniczonej wentylacji.
\nPrzy instalacji trzeba zwr\u00f3ci\u0107 uwag\u0119, \u017ce \u0142\u0105czenie szeregowo-r\u00f3wnoleg\u0142e akumulator\u00f3w r\u00f3\u017cnych producent\u00f3w, pojemno\u015bci i dat produkcji jest niedopuszczalne, mo\u017ce bowiem spowodowa\u0107 uszkodzenie akumulator\u00f3w lub wsp\u00f3\u0142pracuj\u0105cych z nimi urz\u0105dze\u0144. Do \u0142\u0105czenia akumulator\u00f3w nale\u017cy stosowa\u0107 przewody o tej samej rezystancji w ca\u0142ej instalacji. Nale\u017cy sprawdzi\u0107 czy ka\u017cda z ga\u0142\u0119zi po\u0142\u0105czonych szeregowo ma takie same parametry, tzn. SEM i impedancj\u0119, i czy zapewniony jest r\u00f3wnomierny rozp\u0142yw pr\u0105d\u00f3w do odbiornik\u00f3w.
\n\"ramka_1_zasilanie_2014\"
\nWymagania eksploatacyjne<\/strong><\/p>\n

W celu uzyskania maksymalnej \u017cywotno\u015bci akumulator\u00f3w bezobs\u0142ugowych musz\u0105 by\u0107 przestrzegane podstawowe wymagania eksploatacyjne, do kt\u00f3rych nale\u017c\u0105 \u2013 \u0142adowanie, roz\u0142adowywanie oraz przegl\u0105dy okresowe i pomiary. Zazwyczaj, je\u017celi wytw\u00f3rca nie wska\u017ce inaczej, akumulatory nale\u017cy \u0142adowa\u0107 metod\u0105 sta\u0142onapi\u0119ciow\u0105 z ograniczeniem pocz\u0105tkowego pr\u0105du \u0142adowania wed\u0142ug tzw. charakterystyki IU<\/sub>. Pocz\u0105tkowy pr\u0105d \u0142adowania nie powinien by\u0107 wi\u0119kszy ni\u017c 0,3 C [A] (C \u2013 pojemno\u015b\u0107 akumulatora wyra\u017cona w Ah). Zalecane jest jednak, aby pocz\u0105tkowy pr\u0105d \u0142adowania nie przekracza\u0142 0,1 C [A].
\nNapi\u0119cie \u0142adowania w czasie pracy buforowej powinno mie\u015bci\u0107 si\u0119 w zakresie od 2,25 do 2,30 V\/ogniwo czyli w przypadku akumulator\u00f3w 12-woltowych w granicach 13,5 do 13,8 V. W akumulatorach przeznaczonych do pracy cyklicznej napi\u0119cie \u0142adowania powinno mie\u015bci\u0107 si\u0119 w zakresie 2,40 do 2,50 V\/ogniwo.
\nW przypadku znacznych waha\u0144 temperatury w otoczeniu akumulator\u00f3w, do ich \u0142adowania powinny by\u0107 stosowane prostowniki z kompensacj\u0105 temperaturow\u0105 napi\u0119cia \u0142adowania. Wsp\u00f3\u0142czynnik kompensacji temperaturowej wynosi zazwyczaj minus 3,3 mV\/o<\/sup>C\/ogniwo powy\u017cej 25o<\/sup>C. Napi\u0119cie \u0142adowania powinno by\u0107 stabilizowane, tak aby jego t\u0119tnienia nie przekracza\u0142y 1,5%.
\nAkumulatory bezobs\u0142ugowe s\u0105 bardzo wra\u017cliwe na nadmierne, zbyt g\u0142\u0119bokie roz\u0142adowanie, kt\u00f3re powoduje zmniejszenie zdolno\u015bci magazynowania energii elektrycznej, zmniejszenie pojemno\u015bci i skr\u00f3cenie \u017cywotno\u015bci. W okresach 12-miesi\u0119cznych (wytw\u00f3rcy zalecaj\u0105 okresy 6-miesi\u0119czne) od momentu uruchomienia nale\u017cy kontrolowa\u0107: napi\u0119cie \u0142adowania ogniw, napi\u0119cie roz\u0142adowania akumulator\u00f3w i baterii, pr\u0105d \u0142adowania baterii, temperatur\u0119 w pomieszczeniu, kt\u00f3ra nie powinna by\u0107 wy\u017csza od 25o<\/sup>C, pojemno\u015b\u0107 baterii.
\nW trakcie eksploatacji akumulator\u00f3w bezobs\u0142ugowych niezale\u017cnie od technologii ich wykonania nale\u017cy zwraca\u0107 uwag\u0119 na:
\n\u2022 niedo\u0142adowanie \u2013 je\u017celi napi\u0119cie \u0142adowania jest za niskie lub niedopasowane do temperatury, to ca\u0142a bateria b\u0119dzie niedo\u0142adowana przez d\u0142ugi czas. Przy awaryjnej pracy baterii w razie zaniku napi\u0119cia w sieci, bateria mo\u017ce pracowa\u0107 niew\u0142a\u015bciwie ze wzgl\u0119du na spadek pojemno\u015bci,
\n\u2022 prze\u0142adowanie \u2013 \u0142adowanie napi\u0119ciem podwy\u017cszonym mo\u017ce spowodowa\u0107 m.in.: nadmierne gazowanie, utrat\u0119 wody, gwa\u0142towne podwy\u017cszenie temperatury, skr\u00f3cenie \u017cywotno\u015bci, wzrost ci\u015bnienia wewn\u0119trznego i deformacj\u0119 obudowy,
\n\u2022 zbyt wysok\u0105 lub zbyt nisk\u0105 temperatur\u0119 otoczenia,
\n\u2022 za niskie napi\u0119cie roz\u0142adowania.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 3. Europower EPS 160-12 \u2013 akumulator wykonany w technologii AGM; o \u017cywotno\u015bci projektowanej: 10-12 lat. Zaprojektowany do pracy buforowej \u2013 zasilanie awaryjne \u2013 oraz cyklicznej. Wykorzystywany m.in. w energetyce, przemy\u015ble, w systemach UPS<\/p><\/div>\n

Akumulatory litowe<\/strong><\/p>\n

W ostatnim czasie coraz wi\u0119kszym zainteresowaniem ciesz\u0105 si\u0119 akumulatory litowe r\u00f3\u017cnych konstrukcji. Podstawowe wymagania w stosunku do odwracalnych ogniw litowych, to zw\u0142aszcza:
\n\u2022 energia w\u0142a\u015bciwa \u2013 powy\u017cej 150 Wh\/kg oraz 400 Wh\/ dm3<\/sup>,
\n\u2022 wysokie napi\u0119cie pojedynczego ogniwa 3-4 V,
\n\u2022 odporno\u015b\u0107 na du\u017c\u0105 liczb\u0119 cykli \u0142adowania\/roz\u0142adowania (ponad 500),
\n\u2022 zachowanie trwa\u0142o\u015bci po d\u0142ugim okresie przechowywania (ponad 5 lat),
\n\u2022 prawid\u0142owe dzia\u0142anie w szerokim zakresie temperatur (co najmniej -30 do 60o<\/sup>C).
\nObecnie produkowane akumulatory litowe maj\u0105 o wiele lepsze parametry ni\u017c stawiane im minimalne wymagania. Znajduj\u0105 coraz szersze zastosowania pocz\u0105wszy od elektroniki u\u017cytkowej do samochod\u00f3w elektrycznych i samolot\u00f3w. Spo\u015br\u00f3d wielu oferowanych rozwi\u0105za\u0144 om\u00f3wione zostan\u0105 te najpopularniejsze.<\/p>\n

Akumulatory litowo-jonowe<\/strong>
\nW akumulatorach litowo-jonowych (Li-ion) materia\u0142y elektrodowe s\u0105 nanoszone na bardzo cienkie folie miedziane lub aluminiowe. Elektrody oddzielone s\u0105 separatorem. Elektrolitem s\u0105 z\u0142o\u017cone chemicznie sole litowe rozpuszczone w mieszaninie organicznych rozpuszczalnik\u00f3w. Napi\u0119cie tego rodzaju ogniw wynosi od 3,3 V\/ogniwo do 3,8 V\/ogniwo. Technologia ta pozwala na zgromadzenie dwa razy wi\u0119cej energii ni\u017c w akumulatorach Ni-MH o tym samym ci\u0119\u017carze i wielko\u015bci. Efekty pami\u0119ci i leniwej baterii nie wyst\u0119puj\u0105. Akumulatory litowo-jonowe maj\u0105 szczelne obudowy zawieraj\u0105ce elektroniczne uk\u0142ady kontrolne. Pracuj\u0105 w szerokim zakresie temperatur od -20 do +80o<\/sup>C. Maj\u0105 jedn\u0105 z najwi\u0119kszych mocy w\u0142a\u015bciwych, w zale\u017cno\u015bci od konstrukcji dochodz\u0105 one do 10 000 W\/kg oraz energi\u0119 w\u0142a\u015bciw\u0105 oko\u0142o 180 Wh\/kg. Charakteryzuj\u0105 si\u0119 du\u017c\u0105 niezawodno\u015bci\u0105 i cykliczno\u015bci\u0105 \u0142adowanie\/roz\u0142adowanie ponad 1000 cykli przy 100% g\u0142\u0119boko\u015bci roz\u0142adowania.
\nAkumulatory tego typu nie wymagaj\u0105 formowania. Nale\u017cy unika\u0107 ich pe\u0142nego roz\u0142adowania, np. w laptopach czy telefonach kom\u00f3rkowych. Akumulator powinien by\u0107 przechowywany w ch\u0142odnym miejscu lecz nie na mrozie. Przechowywanie w wysokich temperaturach przyspiesza proces starzenia.
\nKonstrukcja akumulator\u00f3w litowo-jonowych stosowanych w pojazdach mechanicznych znacznie r\u00f3\u017cni si\u0119 od konstrukcji takiego samego typu ogniw zasilaj\u0105cych urz\u0105dzenia elektroniczne. R\u00f3\u017cnice spowodowane s\u0105 przede wszystkim wi\u0119kszymi wymaganiami trwa\u0142o\u015bci \u2013 do 10 lat w pojazdach. Pakiety ogniw wyposa\u017cone s\u0105 w urz\u0105dzenia do ogrzewania i ch\u0142odzenia zapewniaj\u0105ce optymaln\u0105 temperatur\u0119 pracy. Ogniwa litowo-jonowe u\u017cywane w pojazdach mechanicznych mog\u0105 by\u0107 szybko \u0142adowane, zazwyczaj od 0 do 80% pojemno\u015bci w czasie 15 do 30 minut bez wp\u0142ywu na ich trwa\u0142o\u015b\u0107.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 4. SBL 7.2-12 AGM firmy SSB \u2013 szczelny akumulator kwasowo-o\u0142owiowy typu AGM
z zaworami bezpiecze\u0144stwa<\/p><\/div>\n

Akumulatory litowo-polimerowe<\/strong>
\nW przeciwie\u0144stwie do akumulator\u00f3w litowo-jonowych, ogniwa litowo-polimerowe wykorzystuj\u0105 elektrolit w postaci sta\u0142ej, kt\u00f3rego podstawowym sk\u0142adnikiem jest polimer z rozpuszczonymi w nim solami litu. U\u017cycie sta\u0142ego elektrolitu podnosi odporno\u015b\u0107 ogniwa na zwarcie i prze\u0142adowanie oraz eliminuje niebezpiecze\u0144stwo wyciek\u00f3w, co w znacznym stopniu podnosi bezpiecze\u0144stwo u\u017cytkowania. W dzia\u0142aniu akumulator Li-Poly jest podobny do akumulatora Li-ion. Zastosowanie polimer\u00f3w umo\u017cliwia konstruowanie bardzo cienkich, p\u0142askich i elastycznych ogniw (nawet o grubo\u015bci milimetrowej). Ogniwa te s\u0105 jednak bardzo nieodporne na prze\u0142adowanie; nawet niewielkie prze\u0142adowanie mo\u017ce doprowadzi\u0107 do ich zniszczenia. Dlatego do kontroli procesu ich \u0142adowania stosuje si\u0119 z\u0142o\u017cone uk\u0142ady elektroniczne. Akumulatory tego typu charakteryzuje wysoka g\u0119sto\u015b\u0107 energii. Akumulatory litowo-polimerowe mog\u0105 wyst\u0119powa\u0107 w trzech wykonaniach \u2013 o wysokiej g\u0119sto\u015bci energii, du\u017cej mocy i bardzo du\u017cej mocy. Obecnie prowadzone s\u0105 intensywne prace nad zastosowaniem akumulator\u00f3w litowo-polimerowych do samochod\u00f3w z nap\u0119dem elektrycznym i do samochod\u00f3w hybrydowych.
\n\"ramka_2_zasilanie_2014\"
\nAkumulatory litowo-siarkowe Li-S<\/strong>
\nPrzysz\u0142o\u015bciowym rozwi\u0105zaniem akumulator\u00f3w litowych s\u0105 akumulatory litowo-siarkowe, w kt\u00f3rych anoda wykonana jest z litu, za\u015b katoda z mieszaniny siarki i wielosiarczku litu. Akumulatory tego typu charakteryzuje bardzo du\u017ca pojemno\u015b\u0107. Niska g\u0119sto\u015b\u0107 litu oraz umiarkowana g\u0119sto\u015b\u0107 siarki powoduj\u0105, \u017ce akumulatory Li-S s\u0105 lekkie, ich g\u0119sto\u015b\u0107 wynosi oko\u0142o 1 g\/cm3. Akumulatory te maj\u0105 znacznie wi\u0119ksz\u0105 pojemno\u015b\u0107 ni\u017c odpowiadaj\u0105ce im akumulatory litowo-jonowe. Obok licznych zalet akumulatory litowo-siarkowe maj\u0105 wiele wad, np. szybko spadaj\u0105c\u0105 pojemno\u015b\u0107 podczas kolejnych cykli \u0142adowania \/ roz\u0142adowania. W wielu o\u015brodkach naukowych prowadzone s\u0105 prace nad ich usuni\u0119ciem.<\/p>\n

\"Rys.

Rys. 5. Ogniwo paliwowe \u2013 zasada dzia\u0142ania (\u0179r\u00f3d\u0142o: www.ogniwa-paliwowe.info)<\/p><\/div>\n

Ogniwa paliwowe<\/strong><\/p>\n

Ogniwo paliwowe jest elektrochemicznymi urz\u0105dzeniem, kt\u00f3re wytwarza energi\u0119 elektryczn\u0105 bezpo\u015brednio w czasie reakcji utleniania paliwa dostarczanego z zewn\u0105trz, przy jednoczesnym ci\u0105g\u0142ym odprowadzaniu produkt\u00f3w tych reakcji. Substratami reakcji s\u0105 zazwyczaj gazy i niekiedy ciecze. W ogniwach paliwowych zachodz\u0105 z\u0142o\u017cone reakcje katalityczne utleniania paliwa na anodzie i redukcji tlenu na katodzie. Paliwem jest zazwyczaj wod\u00f3r lub w\u0119glowodory. Produktami tych proces\u00f3w s\u0105: energia elektryczna, ciep\u0142o i woda. W przypadku u\u017cycia w\u0119glowodor\u00f3w w celu uzyskania potrzebnego do reakcji wodoru, powstaje r\u00f3wnie\u017c dwutlenek w\u0119gla. W ogniwach paliwowych nast\u0119puje wi\u0119c spalanie paliwa i bezpo\u015brednia zamiana energii chemicznej na energi\u0119 elektryczn\u0105. Ogniwa paliwowe spalaj\u0105c wod\u00f3r pracuj\u0105 ze znacznie wy\u017csz\u0105 sprawno\u015bci\u0105 ni\u017c silniki cieplne. Mo\u017cna w nich uzyska\u0107, z tej samej masy jednostkowej paliwa, prawie dwukrotnie wi\u0119cej energii u\u017cytkowej ni\u017c w silniku cieplnym. Ogniwa paliwowe wykorzystuj\u0105c czyste paliwa \u2013 wod\u00f3r, gaz ziemny czy metanol \u2013 emituj\u0105 do atmosfery znacznie mniej zanieczyszcze\u0144. W odr\u00f3\u017cnieniu od baterii i akumulator\u00f3w ogniwa paliwowe nie gromadz\u0105 i nie przechowuj\u0105 energii elektrycznej. Bez dostarczania paliwa proces wytwarzania energii elektrycznej si\u0119 zatrzymuje.
\nNa rysunku 5 przedstawiony jest schemat i zasada dzia\u0142ania ogniwa paliwowego. Ogniwo paliwowe zbudowane jest z dw\u00f3ch elektrod: anody i katody. Elektrody oddzielone s\u0105 od siebie (odizolowane) elektrolitem w postaci sta\u0142ej lub p\u0142ynnej. Rodzaj zastosowanego elektrolitu jest kryterium podzia\u0142u ogniw. Wyr\u00f3\u017cnia si\u0119 pi\u0119\u0107 podstawowych typ\u00f3w ogniw:
\n\u2022 alkaliczne ogniwa paliwowe (ang. Alkaline Fuel Cells \u2013 AFC<\/em>),
\n\u2022 ogniwa paliwowe z membran\u0105 polimerow\u0105 (Proton Exchange Membrane Fuel Cells \u2013 PEMFC<\/em>),
\n\u2022 ogniwa paliwowe z kwasem fosforowym (Phosphoric Acid Fuel Cells \u2013 PAFC<\/em>),
\n\u2022 wysokotemperaturowe w\u0119glowe ogniwa paliwowe (Molten Carbonate Fuel Cells \u2013 MCFC<\/em>),
\n\u2022 wysokotemperaturowe tlenkowe ogniwa paliwowe (Solid Oxide Fuel Cells \u2013 SOFC<\/em>).
\nSpo\u015br\u00f3d wymienionych typ\u00f3w ogniw paliwowych najwi\u0119ksze nadzieje aplikacyjne wi\u0105\u017ce si\u0119 z wysokotemperaturowymi tlenkowymi ogniwami paliwowymi i z niskotemperaturowymi ogniwami paliwowymi z membran\u0105 polimerow\u0105 \u2013 PEMFC. Og\u00f3lne charakterystyki ogniw przedstawione s\u0105 w tabeli 3.
\n\"tab_3_zasilanie_2014\"
\nZasada dzia\u0142ania ogniw typu PEMFC<\/strong>
\nPodstawowym rodzajem ogniw paliwowych s\u0105 ogniwa typu PEMFC. W ogniwach tego rodzaju elektrody oddzielone s\u0105 od siebie elektrolitem w postaci specjalnej membrany z cienkiej warstwy polimeru, przepuszczaj\u0105cej tylko jony dodatnie wodoru (protony) (H+). Elektrody maj\u0105 zwykle posta\u0107 naw\u0119glonego papieru pokrytego platyn\u0105 w charakterze katalizatora reakcji. Gazowy wod\u00f3r wprowadzany jest w obszar porowatej anody, gdzie w wyniku oddzia\u0142ywania na niego materia\u0142u katody powstaje dysocjacja elektrolityczna, czego wynikiem s\u0105 jony dodatnie wodoru (protony H+) oraz elektrony (e-). Elektrony nios\u0105ce \u0142adunek ujemny przyci\u0105gane s\u0105 przez anod\u0119, a jony wodorowe dyfunduj\u0105:
\n2H2<\/sub>\u00a0\u2192 4H+ + 4e-
\nP\u00f3\u0142przepuszczalna membrana przewodzi tylko protony, nie przewodzi natomiast innych jon\u00f3w, zw\u0142aszcza jon\u00f3w tlenu od katody do anody. Elektrony docieraj\u0105 do katody przez zewn\u0119trzny obw\u00f3d elektryczny, wytwarzaj\u0105c pr\u0105d pozwalaj\u0105cy na zasilanie odbiornik\u00f3w. Na katodzie tlen reaguje z elektronami, tworz\u0105c jony O2-<\/sub>:
\nO2<\/sub> + 4e\u00a0\u2192 2O2-<\/sub>
\nJony wodorowe H+ s\u0105 zoboj\u0119tniane zjonizowanym tlenem:
\n2O2-<\/sub> + 4H+\u00a0\u2192 2H2<\/sub>O<\/p>\n

Uk\u0142ady ogniw paliwowych<\/strong>
\nPojedyncza cela ogniwa paliwowego wytwarza zbyt ma\u0142o mocy wyj\u015bciowej (oko\u0142o 1-2 W\/cm2) aby m\u00f3c zasila\u0107 odbiorniki energii elektrycznej. Dlatego ogniwa paliwowe \u0142\u0105czy si\u0119 w wi\u0119ksze jednostki, nazywane stosami. Ich napi\u0119cie i moc wyj\u015bciowa s\u0105 odpowiednio zwielokrotnione. Zazwyczaj w stosie po\u0142\u0105czone s\u0105 dziesi\u0105tki, a nawet setki pojedynczych ogniw.<\/p>\n

Sprawno\u015b\u0107 ogniw paliwowych<\/strong>
\nSprawno\u015b\u0107 ogniwa paliwowego zale\u017cy od pobieranej mocy \u2013 im pobierana moc jest wi\u0119ksza, tym ni\u017csza jest sprawno\u015b\u0107 ogniwa. Wi\u0119kszo\u015b\u0107 strat w ogniwie objawia si\u0119 jako spadek napi\u0119cia. Sprawno\u015b\u0107 mo\u017cna wi\u0119c przedstawi\u0107 jako funkcj\u0119 napi\u0119cia zale\u017cn\u0105 od obci\u0105\u017cenia ogniwa. Typowe ogniwo pracuj\u0105ce przy napi\u0119ciu 0,7 V ma sprawno\u015b\u0107 oko\u0142o 50%.<\/p>\n

Opracowano na podstawie <\/strong>
\nmateria\u0142\u00f3w firmowych, <\/strong>
\nstron www i norm<\/strong><\/p>\n

Bibliografia \u2013 normy:
\n\u2022 PN-EN 50272-2: 2007 Wymagania dotycz\u0105ce bezpiecze\u0144stwa baterii wt\u00f3rnych i instalacji baterii Cz\u0119\u015b\u0107 2: Baterie stacjonarne;
\n\u2022 PN-EN 50272-1: 2010 Wymagania bezpiecze\u0144stwa i instalowania baterii wt\u00f3rnych. Cz\u0119\u015b\u0107 1: Og\u00f3lne informacje dotycz\u0105ce bezpiecze\u0144stwa;
\n\u2022 PN-EN 50272-2: 2007 Wymagania dotycz\u0105ce bezpiecze\u0144stwa baterii wt\u00f3rnych i instalowania baterii. Cz\u0119\u015b\u0107 2: Baterie stacjonarne;
\n\u2022 PN-EN 62282-2: 2012E Technologia ogniw paliwowych: Cz\u0119\u015b\u0107 2: Uk\u0142ady ogniw paliwowych;
\n\u2022 PN-EN 62282-3-100: 2012E Technologia ogniw paliwowych: Cz\u0119\u015b\u0107 3-100: Systemy zasilania ze stacjonarnych ogniw paliwowych \u2013 Bezpiecze\u0144stwo;
\n\u2022 PN-EN 62282-3-300: 2013-04E Technologia ogniw paliwowych: Systemy zasilania ze stacjonarnych ogniw paliwowych \u2013 Instalacja;
\n\u2022 PN-EN 62282-5-1: 2013-06E Techn
\nologia ogniw paliwowych: Cz\u0119\u015b\u0107
\n5-1: Przeno\u015bne ogniwa paliwowe \u2013 bezpiecze\u0144stwo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Magazynowanie energii elektrycznej stanowi jedno z wi\u0119kszych wyzwa\u0144 we wsp\u00f3\u0142czesnej energetyce Opr\u00f3cz tradycyjnych ogniw kwasowo-o\u0142owiowych, kt\u00f3re wci\u0105\u017c s\u0105 przydatne w wielu zastosowaniach, rozwijane s\u0105 akumulatory w nowych technologiach, l\u017cejsze, o wi\u0119kszej g\u0119sto\u015bci mocy i trwa\u0142o\u015bci. Przewiduje si\u0119, \u017ce rozproszone magazyny energii (np. w postaci akumulator\u00f3w w samochodach elektrycznych) mog\u0105 sta\u0107 si\u0119 w przysz\u0142o\u015bci wa\u017cnym elementem…<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":5269,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[613],"tags":[420],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/5261"}],"collection":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=5261"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/5261\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5276,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/5261\/revisions\/5276"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/5269"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=5261"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=5261"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/elektrosystemy.pl\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=5261"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}